Nombres complexes - Bac S Pondichéry 2014
Exercice 3 (5 points)
Candidats n'ayant pas suivi l'enseignement de spécialité
Le plan complexe est muni d'un repère orthonormé (O;u⃗,v⃗).
Pour tout entier naturel n, on note An le point d'affixe zn défini par :
z0=1 et zn+1=(43+4√3i)zn
On définit la suite (rn) par rn=∣zn∣ pour tout entier naturel n.
Donner la forme exponentielle du nombre complexe 43+4√3i.
Montrer que la suite (rn) est géométrique de raison 2√3.
En déduire l'expression de rn en fonction de n.
Que dire de la longueur OAn lorsque n tend vers +∞ ?
On considère l'algorithme suivant :
Variables | n entier naturel |
| R réel |
| P réel strictement positif |
Entrée | Demander la valeur de P |
Traitement | R prend la valeur 1 |
| n prend la valeur 0 |
| Tant que R>P |
| n prend la valeur n+1 |
| R prend la valeur 2√3R |
| Fin tant que |
Sortie | Afficher n |
Quelle est la valeur affichée par l'algorithme pour P=0,5 ?
Pour P=0,01 on obtient n=33. Quel est le rôle de cet algorithme ?
Démontrer que le triangle OAnAn+1 est rectangle en An+1.
On admet que zn=rnei6nπ.
Déterminer les valeurs de n pour lesquelles An est un point de l'axe des ordonnées.
Compléter la figure ci-dessous, à rendre avec la copie, en représentant les points A6,A7,A8 et A9.
Les traits de construction seront apparents.
Soit r le module de 43+4√3i :
r2=(43)2+(4√3)2=1612=43
Donc :
r=2√3
43+4√3i=2√3(2√3+21i)
Si θ est un argument de 43+4√3i :
cosθ=2√3 et sinθ=21 donc θ=6π+2kπ.
La forme exponentielle du nombre complexe 43+4√3i est donc 2√3ei6π
zn+1=(43+4√3i)zn donc :
∣zn+1∣=∣∣∣∣∣43+4√3i∣∣∣∣∣×∣zn∣
rn+1=2√3rn
La suite (rn) est donc une suite géométrique de raison q=2√3 et de premier terme r0=∣z0∣=1.
rn=r0×qn=(2√3)n
OAn=rn.
(rn) est une suite géométrique de raison q=2√3. Comme 0<q<1 la suite (rn) converge vers 0 lorsque n tend vers +∞ .
Voici les valeurs prises par les variables lors de l'exécution pas à pas de l'algorithme pour P=0,5:
n | R | P | condition R>P |
0 | 1 | 0,5 | Vraie |
1 | 0,866 | 0,5 | Vraie |
2 | 0,75 | 0,5 | Vraie |
3 | 0,6495 | 0,5 | Vraie |
4 | 0,5625 | 0,5 | Vraie |
5 | 0,487 | 0,5 | Fausse |
A la fin, l'algorithme affiche la valeur 5.
Cet algorithme affiche la plus petite valeur de n telle que OAn⩽P.
OAn=rn,OAn+1=rn+1=2√3rn et :
AnAn+1=∣zn+1−zn∣=∣∣∣∣∣(43+4√3i)zn−zn∣∣∣∣∣=∣∣∣∣∣(−41+4√3i)zn∣∣∣∣∣
AnAn+1=∣∣∣∣∣(−41+4√3i)∣∣∣∣∣×rn
Or :
∣∣∣∣∣(−41+4√3i)∣∣∣∣∣2=161+163=41
donc ∣∣∣∣∣(−41+4√3i)∣∣∣∣∣=21 et AnAn+1=21rn
Finalement :
OAn+12+AnAn+12=43rn2+41rn2=rn2=OAn2
Donc, d'après la réciproque du théorème de Pythagore, le triangle OAnAn+1 est rectangle en An+1.
zn=rn(cos6nπ+isin6nπ)
Le point An appartient à l'axe des ordonnées si et seulement si cos6nπ=0, c'est à dire 6nπ=2π+2kπ ou n6π=(32π)+2kπ ou encore 6nπ=2π+kπ avec k∈Z
Or :
6nπ=2π+kπ⇔(nπ)=3π+6kπ⇔n=3+6k (avec k∈Z)
Comme n⩾0, k doit être positif ou nul (donc appartenir à N).
Les valeurs de n pour lesquelles An est un point de l'axe des ordonnées sont donc
n=3+6k avec k∈N (soit n=3,9,15,21, etc.).
Pour la construction (à l'équerre ou au compas) on utilise le fait que les triangles OAnAn+1 sont rectangles en An+1.
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